Termins kvantu mehānika (QM) parasti attiecas uz kvantu teorijas matemātisko formulējumu. Tas bieži apraksta un prognozē daļiņu kustību un uzvedību atomu un subatomu līmenī. Tajos ietilpst tādas daļiņas kā atomi, elektroni, protoni un fotoni. Saskaņā ar QM, daļiņu uzvedība un kustība šajos mikroskopiskajos līmeņos ir pretrunā intuitīvai, radikāli atšķiras no visa, kas tiek novērots ikdienas dzīvē. Lai labāk izskaidrotu šo atšķirīgo pasauli, ir vajadzīga tāda teorija kā kvantu mehānika.
Makroskopiskajā pasaulē parasti ir divu veidu parādības, kuras zinātnieki klasificē: daļiņas un viļņi. Daļiņas var uzskatīt par lokalizētām, kas savās kustībās transportē masu un enerģiju. Viļņi ir parādības veids, kas nekad nav lokalizēts un kam nav masas, bet tomēr tas nes enerģiju. Mikropasaules daļiņas, kuras pēta kvantu mehānikā, atšķiras no makropasaules daļiņām, jo noteiktās situācijās daļiņas var darboties kā viļņi, savukārt viļņi var darboties kā daļiņas. Saskaņā ar QM, tas nozīmētu, ka kvantu līmenī ābols varētu uzvesties kā vilnis, bet vilnis varētu uzvesties kā ābols.
Kvantu mehānika izmanto kvantu vienību, lai aptuveni piešķirtu un izmērītu šo daļiņu fizikālo īpašību daudzumus. Daļiņas parasti mēra, ņemot vērā viļņu funkciju, kas reģistrēta mērījuma laikā. Tomēr, tā kā daļiņas var uzvesties kā viļņi, daļiņas vienlaicīgu atrašanās vietu vai ātrumu nekad nevar pilnībā noteikt.
Šī šķietamā mīkla ir pazīstama kā Heisenburgas nenoteiktības princips, kas, citiem vārdiem sakot, nosaka, ka pozīciju un impulsu nevar precīzi izmērīt vienlaikus. Tas nav tikai tāpēc, ka ir kādi ierobežojumi mērīšanas iekārtām vai spējām, bet gan tāpēc, ka tiek uzskatīts, ka šī nenoteiktība ir raksturīga pašām daļiņām. Tāpēc kvantu mehānika ir matemātiska teorija, kas mēģina aprēķināt varbūtības saskaņā ar viļņu funkciju.
Daudzi zinātnieki nepiekrīt QM postulātiem. Alberts Einšteins bija zinātnieks, kurš dažkārt kritizēja kvantu teoriju, jo tā bija pretrunā ar viņa paša teoriju. Tādējādi viena no lielākajām problēmām mūsdienu fizikā ir radīt teoriju, kas apvienotu kvantu mehānikas idejas ar Einšteina vispārējās relativitātes teorijas idejām. Fiziķi, piemēram, Džulians Barbūrs, ir ierosinājuši dažus novatoriskus šīs problēmas risinājumus, būtībā norādot, ka, ja cilvēki uzskata, ka pats laiks neeksistē, nav šķēršļu apvienot kvantu mehāniku un relativitātes teoriju.